CaO/MgO和CaO/Ca9Al6O18吸收CO2的循环反应特性研究

钙基吸收剂是CO2捕集技术中常用的吸收剂,但随着循环次数的增加,天然钙基吸收剂循环反应特性下降明显.采用葡萄糖酸钙(Ca(C6H11O7)2)与葡萄糖酸镁(C12H22MgO14)及L-乳酸铝([CH3CH(OH)COO]3Al)作为前驱物,通过湿法混合的方法处理,制得了5种新型钙基吸收剂,试验研究了其吸收CO2的循环吸收能力及循环稳定性,分析了吸收剂组分、煅烧温度、煅烧气氛等条件对新型吸收剂循环反应特性的影响规律.研究结果表明,选用此前驱物制备的吸收剂,其循环反应特性明显高于传统的钙基吸收剂;其中,CaO/MgO(75wt%/25wt%)吸收剂具有最好的循环吸收能力,CaO/Ca9Al6O18(75wt%/wt25%)吸收剂具有最好的循环稳定性.通过研究煅烧条件对这两种吸收剂循环反应特性的影响,得到:850℃时,吸收剂表现出最佳的反应特性,而随着温度的升高,吸收剂的循环吸收能力有所下降;煅烧气氛对吸收剂循环吸收特性的影响与煅烧温度有显著的关系.     

纳米CaCO3粒子对PMMA材料动态力学性能的影响

利用DMTA技术研究了纳米CaCO3粒子对PMMA材料动态力学性能的影响:纳米CaCO3粒子对PMMA材料的储能模量、阻尼和力学状态转变点有明显影响,有助于提高PMMA材料高温段动态力学性能和扩大力学状态稳定区间.这表明用动态力学热分析技术这一新的表征手段,能更有效地表现出纳米粒子对聚合物基动态力学性能影响的规律和效能.     

w(CaO)/w(Al2O3)对钙铝基保护渣结晶性能的影响

利用热丝法测试技术,结合扫描电镜和能谱分析,研究了不同w(CaO)/w(Al₂O₃)条件下钙铝基保护渣的结晶性能.结果表明,较低w(CaO)/w(Al₂O₃)下,保护渣结晶物相为LiAlO₂和CaO·Al₂O₃.其析出由渣中的Li⁺离子和Ca²⁺离子分别对高聚合度铝氧四面体结构的电荷补偿所致.而且,Li⁺离子优先参与,LiAlO₂优先析出.较高w(CaO)/w(Al₂O₃)下,结晶物相转变为LiAlO₂和3CaO·Al₂O₃.其变化原因为,CaO相对质量分数提高,保护渣聚合度降低,Ca²⁺离子和低聚合度铝氧四面体结构单元Q²结合而形成3CaO·Al₂O₃并析出.随着w(CaO)/w(Al₂O₃)由1.13提高至1.82,钙铝基保护渣析晶能力先减弱然后增强.在w(CaO)/w(Al₂O₃)为1.50和1.82时分别具有最弱和最强的析晶能力.     

高钙镁钙耐火材料对无取向硅钢中Al质量分数的影响

以合成高钙镁钙砂为原料,制成CaO质量分数分别为40%、50%和60%的高钙镁钙材料,研究不同CaO质量分数的高钙镁钙材料对无取向硅钢中[Al]质量分数的作用.利用电镜扫描及能谱分析,通过测量了在1 600 ℃反应30 min后镁钙材料反应层中Al和钢水中[Al],分析了不同CaO质量分数的高钙镁钙材料对无取向硅钢中[Al]变化的影响.结果表明,无取向硅钢中的[Al]首先氧化生成Al2O3,然后,与高钙镁钙材料中CaO反应生成CaO·Al2O3,CaO·2Al2O3,CaO·6Al2O3等铝酸盐化合物,以实现对钢液中[Al]的减少作用;随着高钙镁钙材料中的CaO质量分数的提高,对钢液中[Al]的减少作用增强,但当CaO质量分数达到40%时,各种高钙镁钙材料对无取向硅钢中的[Al]的作用基本达到平衡,此时,钢液中[Al]减少率超过96%.说明质量分数达到40%的CaO高钙镁钙材料可用于无铝无取向硅钢的深脱铝处理.     

六水合氯化钙基相变材料对岩棉保温板储能和保温性能的影响

以岩棉板为载体,将自主研制的六水合氯化钙基相变储能材料均匀渗入到岩棉板,制备了六水合氯化钙基相变材料改性的岩棉/六水合氯化钙基保温墙板,研究了六水合氯化钙基相变材料对岩棉板储能隔热能力及其力学强度的影响.结果表明：相变材料加入赋予了岩棉吸热储能性能,使岩棉板保温性能得到提高.岩棉板对六水合氯化钙基相变材料的最大吸附量为30 wt.%,且该吸附量下的保温岩棉墙板显示出最大的比热容0.700 1 MJ/(m³·K).尽管该吸附量下复合板显示较大的导热系数0.089 1 W/(m·K),但其相应热扩散率却最小,为0.127 3 mm²/s.热温度测试表明该吸附量下室内最高温度降幅达到3.4℃,表明导热系数不是影响岩棉板保温性能的唯一因素,采用热扩散率评估其保温性能更为合理.SEM显示六水合氯化钙基相变材料黏附于岩棉纤维之间且形成了稳定的空间网格架构,有效提高了岩棉板的抗压强度.     

高钙镁钙耐火材料对无取向硅钢中Al质量分数的影响

以合成高钙镁钙砂为原料,制成CaO质量分数分别为40%、50%和60%的高钙镁钙材料,研究不同CaO质量分数的高钙镁钙材料对无取向硅钢中[Al]质量分数的作用。利用电镜扫描及能谱分析,通过测量了在1600℃反应30 min后镁钙材料反应层中Al和钢水中[Al],分析了不同CaO质量分数的高钙镁钙材料对无取向硅钢中[Al]变化的影响。结果表明,无取向硅钢中的[Al]首先氧化生成Al2O3,然后,与高钙镁钙材料中CaO反应生成CaO.Al2O3,CaO.2Al2O3,CaO.6Al2O3等铝酸盐化合物,以实现对钢液中[Al]的减少作用;随着高钙镁钙材料中的CaO质量分数的提高,对钢液中[Al]的减少作用增强,但当CaO质量分数达到40%时,各种高钙镁钙材料对无取向硅钢中的[Al]的作用基本达到平衡,此时,钢液中[Al]减少率超过96%。说明质量分数达到40%的CaO高钙镁钙材料可用于无铝无取向硅钢的深脱铝处理。     

共聚物阻垢剂AA/AMPS制备及其性能研究

在水溶液中,以丙烯酸(AA)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)为原料,合成集膦酸基、羧酸基、磺酸基于一体的共聚物.探讨了钙容忍度、Fe2O3的分散性能、pH值等对共聚物阻垢性能的影响.研究表明,该阻垢剂有较好的阻CaCO3垢、Ca3(PO4)2垢能力及分散性能和缓蚀性能.     

超细CaCO3改性SBS的性能研究

利用Si-6偶联剂改性超细CaCO3,通过直接共混法将改性的CaCO3和SBS制备Ca-CO3/SBS复合材料.利用各种测试手段研究材料的拉伸性能、硬度、热性能、耐老化性能的变化规律.实验结果表明:与纯SBS相比,CaCO3改性SBS复合材料的硬度明显提高,断裂伸长率降低.材料的拉伸强度和弯曲强度呈先增加后降低的变化规律.与此同时,材料的热稳定性、耐老化性能明显改善,但其加工性能却未见明显变化.当100份SBS中添加10份的CaCO3时,材料的综合性能 达到最佳.该方法的研究不仅可以降低SBS的使用成本.而且还开拓了SBS的应用领域.     

不同温度下钙基吸收剂煅烧反应动力学中的补偿效应

采用自建的热重分析仪进行分析纯CaCO3和石灰石2种不同钙基吸收剂煅烧分解的热重实验,得到温度对2种钙基吸收剂煅烧反应动力学参数的影响规律,考察动力学参数间的补偿效应.研究结果表明:分析纯CaCO3和石灰石煅烧反应动力学参数随煅烧温度变化而变化,二者的变化规律并不相同;但是各自的表观活化能和指前因子随温度的变化规律相似,存在动力学补偿效应.通过对反应性指数、反应速率常数以及补偿线差异的分析,得出补偿线的高低可以成为判别不同钙基吸收剂分解快慢的一个依据.     

矿物质对SO2释放的影响及钙的固硫机理

为了开发高效燃烧脱硫技术，通过热质量／选出气体分析实验研究了煤中矿物质对煤燃烧中SO2释放的影响以及钙的固硫机理，研究结果表明：脱灰后SO2的释放曲线由原煤的双峰变成单峰；Ca的添加能够促进煤中硫在低温下释放，但不同形态钙的固硫效果不同；脱灰煤中添加CaSO4后SO2的释放曲线又恢复为双峰，CaSO4没有固硫效果；添加CaCO3和CaO后SO2的生成会有明显减少，且CaO的固硫效果要比CaCO3显著．基于这个实验结果，提出了程序升温燃烧条件下煤中的矿物质对SO2释放影响所遵循的吸附-解吸附机理，以及钙基固硫剂固硫所遵循的吸附-解吸附／氧化机理。     

物料配比对铝酸钙炉渣浸出和自粉性能的影响

将CaO,SiO2和Al2O3按不同配比混合,在1 500℃煅烧1 h、降温速度为5℃/min下合成了铝酸钙炉渣,主要物相为-γ2CaO.SiO2和12CaO.7Al2O3;并通过XRD和马尔文激光粒度仪研究了铝酸钙炉渣的C/A(除去和SiO2结合成2CaO.SiO2之外的n(CaO)/n(Al2O3))和A/S(w(Al2O3)/w(SiO2))对其物相组成和自粉性能的影响.结果表明:炉渣的C/A<1.5时有难浸物质钙铝黄长石2CaO.Al2O3.SiO2生成,降低了炉渣的浸出率和自粉性能,提高C/A可以消除其生成,C/A=1.6~1.9时,炉渣的浸出和自粉性能良好.炉渣的A/S对物相组成影...     

碳纳米管砂浆在干湿循环-碳酸化作用下的性能研究

针对水泥基材料抗碳酸化性能的需要,探究了多壁碳纳米管对砂浆抵抗碳酸化侵蚀性能的影响.测定了不同掺量多壁碳纳米管砂浆的力学性能,测试了干湿循环-碳酸化侵蚀后的力学性能、pH值和CaCO3 含量变化,并利用XRD和SEM进行了微观表征.实验结果表明:砂浆力学强度随多壁碳纳米管的掺量增加先增大后降低,最佳掺量为0. 05% ...     

镁钙砂碳酸化反应特性的研究

采用TG-DTG技术对镁钙砂细粉的碳酸化反应特征进行研究，以阐明镁钙砂碳酸化反应特性。结果表明，镁钙砂在碳酸化反应过程中主要是其中CaO发生碳酸化转变成CaCO3；镁钙砂中的MgO因其碳酸化温度较低仅发生轻微碳酸化。且反应产物MgCO3在400℃后即开始分解，所以不会对镁钙砂中CaO的碳酸化反应产生太大影响；镁钙砂中CaO碳酸化反应的最大转化速率出现在700℃附近，而镁钙砂显微结构的差异是造成其碳酸化反应程度远低于氧化钙粉末的主要原因。     

纳米结构水系NiCo/Fe电池材料的制备及电化学性能的研究

可充电的水系电池由于价格低廉、电极材料来源丰富和使用安全等优势而得到研究者们广泛关注.但是其在实用中还存在着能量密度和功率密度不足的问题.该研究以针状NiCo2O4纳米棒为水系电池正极材料,以Fe3O4纳米棒为负极材料组装成了一种NiCo/Fe电池储能器件.该储能器件表现出了优异的可充放电性能,在1.2 kW/kg功率密度下(1 A/g),其最高容量可达207.7 Wh/kg(173 mAh/g),在24 kW/kg(20 A/g)的高速率充放电速率下,其容量仍能保持70.8 Wh/kg(59 mAh/g).此外,得益于正负电极材料均为阵列结构并与基底结合牢固,该储能器件表现出优良的循环性能,即在电流密度为5 A/g下经过2 000次循环后容量仍保持近80%.     

干馏松焦油在钙基催化剂作用下的裂解燃烧特性

为提高耐火材料组分的焦油催化裂解作用,对松焦油与不同钙基催化剂添加物试样进行燃烧条件下的热重实验,并对催化剂作用下焦油的组分、着火性、稳燃及燃尽性进行分析.研究结果表明:钙基催化剂不能改善干馏松焦油的着火性,但对焦油具有良好的催化重整作用,使得干馏松焦油的燃尽特性指数由46.85×10-4 min-1迅速下降到(20.73～24.12)×10-4 min-1;燃烧生成的CO2与CaO的作用有利于促进燃烧,CaCO3则促进了焦油中重质烃成分与轻质烃成分中碳元素的交换,使焦油组分更趋一致.     

添加CaCO3对煤灰熔融性影响及其机理的研究

考察了CaCO3不同添加量对三种低灰熔点煤样的软化温度（ST）的影响,揭示了CaCO3对煤灰熔融性的影响规律。同时结合X射线衍射技术及CaO—Al2O3—SiO2三元相图探讨了加入CaCO3后的煤灰熔融机理。结果表明,煤灰熔点随CaCO3加入量的提高先降后升,当煤灰CaO超过一定含量后可起到提高灰熔点的阻熔剂作用。机理表明氧化钙在加热过程中与其他成分会生成多种高含钙化合物,各物质之间会形成低温共熔化合物,造成灰熔点降低,当钙含量过高时,由于过剩氧化钙的存在,灰熔点上升。     

二元/多元组分协同构筑高性能碳基复合电极材料及构效关系

基于碳材料在储能器件中的广泛应用以及存在的各种问题,构筑了碳与金属/金属化合物或者碳与有机小分子/聚合物复合的二元、三元和多元电极材料,利用不同组分之间的协同作用,借助理论计算,系统地研究了复合电极材料的结构、电子传输机制及其对储能器件性能的影响,厘清了碳基复合电极材料内在结构与储能器件性能之间的构效关系,为高性能储能...     

Na2 SO4 /SiO2 复合储能材料制备工艺和性能的研究

研究了Na2SO4/SiO2复合储能材料的工艺性能.进行了成型压力、烧成温度和保温时间3因素3水平L9(33)正交实验.分析了这些因素对储能材料的致密度与高温强度的影响,从中获得了致密度和高温强度最佳时的工艺参数.对储能材料的蓄热性能进行了初步研究,结果表明Na2SO4/SiO2复合储能材料的蓄热密度是显热陶瓷蓄热料的2.7倍.     

CaCO3纳米晶须对PBT/PE/LCI杂化材料性能的影响

合成了一种CaCO3纳米晶须和主链含磺酸基的液晶离聚物(LCI),采用熔融共混法制备了PBT/PE/LCI/CaCO3纳米晶须杂化材料.通过DSC,红外图像系统和拉伸试验对共混体系的热行为、形态结构和力学性能进行了研究.结果表明:在共混体系中加入质量分数为3%LCI时,提高了PBT的结晶温度和结晶度,并且分散相均匀地分散在PBT基体中,证实LCI发挥增容剂的作用;当LCI质量分数为3%和CaCO3纳米晶须质量分数为5%时,杂化材料的力学性能达到了最大值,证实了LCI同时起到了增容和增强作用.     

2020年山东省自然科学二等奖项目简介

正基于碳材料在储能器件中的广泛应用以及存在的各种问题,构筑了碳与金属/金属化合物或者碳与有机小分子/聚合物复合的二元、三元和多元电极材料,利用不同组分之间的协同作用,借助理论计算,系统地研究了复合电极材料的结构、电子传输机制及其对储能器件性能的影响,厘清了碳基复合电极材料内在结构与储能器件性能之间的构效关系,为高性能储能器件关键材料的研发和工业化应用提供了理论指导和技术支持。